автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Контурное протягивание зубчатых венцов прямозубых колес

сг= с~>

ас

— ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Ж,.

Аниснмова Марина Александровна

КОНТУРНОЕ ПРОТЯГИВАНИЕ ЗУБЧАТЫХ ВЕНЦОВ ПРЯМОЗУБЫХ КОЛЕС

Специальность 05.02.08. - Технология

машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата Технические наук

Тула 1997

Работ» выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Тульского государственного университета.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки

и техники РФ, доктор технических наук, профессор И.Д.Когйнов

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор И.Ф.Корнюхин,

кандидат технических наук В. Г. Ковалей

Ведущее предприятие - ЛК "Туламашзавод"

Защита диссертации состоится^И^рктября 1997 г. в ¿^часов и 9 учебном корпусе, пуд. 101 на заседании диссертационного совета К 063.47.01 Тульского государственного университета (300600, г. Тула, нр, Ленина, 92).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан /С/ сентября 1997 г,

Ученый секретарь .

диссертационного совета,

к.т.н., доцент —Е.И.Федин

з-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Последние годы развитие технологии машиностроения и, в частности, процессов обработки резанием можно характеризовать как годы своего рода застоя... Действительно, подавляющее болышшет-. во "теоретических", во всяком случае заслуживающих внимания для детальной проработки процессов, было разработано ь период 40-60 годов настоящего столетия.

В последующие годы, а зтот период продолжается и по сей деиъ, развитие технологии машиностроения шло по пути совершенствования и программной автоматизации оборудования и всех дополнительных для осуществления основной работы агрегатов.

И в то же время поиски новых процессов н новых технологий - продолжаются, правда не в столь больших обт>емах как это имело место примерно 50 лет тому назад.

Анализ действующих и вновь создаваемых процессоь резания показал, что наряду с "неувядаемым" направлением - повышением скоростей резания за счет использования новых инструментальных материалов, повысить производительность удается за счет использования в значительной степени принципа; одновременно ввести »"работу максимально возможный периметр режущих лезвий.

Этот принцип*заложен, по сути дела во всех высокопроизводительных процессах, а наиболее рациональная и эффективная его реализация просматривается б процессах протягивания ,

Протягигание наружных зубчатых венцов по сравнению с традиционно' применяемыми процессами Протягивания имеет' ту особенность, Что в реальных условиях осуществить его далеко не просто из-за трудностей, возникающих при изготовлении высокоточного внутреннего эвольвентного режущего контура. Зарубежные фирмы, овладевшие секретом изготовления этого контура, не спешат поделиться новейшими технологиями с конкурирующими фирмами. Видимо поэтому, процесс протягивания зубчатых пенцоп не Получил Надлежащего распространения,» мировой практике.

В промышленности России и странах СНГ Также, судя но литературным источникам, делались «¿однократные попытки осуществись нротйгиваНи0 наружных зубчатых венцов.

Однако в этих «Ьточниках мы не нашли "ключа" к решению технологической проблемы: как осуществить изготовление точногЬ внутреннего эйоль&ентногь режущего контура. . , .

ЙрНступаи к отой, казалось бы весьма сложной; н рамках диссертации, задаче мы соЧлИ возможным предложите-свое "кпо\у-кЬторЬё .•¡{¡к.гнЬЧпейя н использований преш!зибнных йлектро-

эрозионных вырезных станков с ЧПУ (RQBQFIL - 100, фирмы Charmilles Technologies) , на которых'можно получить с помощью «спрофилированного электрода - проволочки. практически любой контур, с точностью, как уверяет фирма, не ниже 0,002 мм.

Первые же результаты по вырезанию внутреннего контура для колеса m = 2,5 мм; г = 17 убедили.нас в справедливости рекламных материалов и в правильности принятого решения - создать протяжной блок на базе комплекта инструментальных колец, рабочие размеры которых выполнены в соответствии со схемой резания," т.е. создать основу для осуществления протягивания наружных зубчатых венцов цилиндрических зубчатых колес.

Цель

Разработка конструкции и фрагментов технологий изготовления протяжного блока для обработки наружных эвольвентных контуров 7...8 степеней точности

Исследование наиболее рациональных схем вырезания контура н подготовка (в эскизном варианте) всех материалов для организации промышленного внедрения, включая модернизацию и автоматизацию действующего оборудования. _

Автор защищает

1. Схемы резания, применительно к охватывающему притягиванию венцов цилиндрических зубчатых колес.

2. Результаты экспериментальных исследований по определению размерного износа, сил резания и оценке эффекта упругого последействия при моделировании процесса протягивания.

3. Разработанную в эскизном варианте схему автоматизации процесса протягивания горизонтально-протяжного станка для обработки штучных заготовок, включающую и автоматизацию очистки протяжного блока ог стружки за каждый цикл обработки.

4. Методику ■ расчета искажений профиля инструментальных колец вследствие придания им передних и задних углов, учитывающую специфику формообразования ненрофилированныч электродом - проволочкой задней поверхности инструмента.

Общая методика исследований

В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические исследования проводились с применением основных разделов аналитической геометрии, высшей математики и математического анализа, теории резания металлов, .теории упругости и теории расчета размерных цепей.

Экспериментальные исследования проводились р целью выявления эксплуатационных характеристик нового инструмента: Для сценки усилий резания, возникающих П нронессо охватывающего протягивания цилиндрических зубчатых колес была собрана экспериментальная установка на базе токарко-винторезного станка 10К20. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с применением ПЭВМ типа ЮМ PC/AT PENTIUM.

Экспериментальные исследования по определению характеристик износа резца, рабочие поверхности которого затачивались на плоскошлифовальном станке и резца, рабочая часть которого профилировалась на олектроэр.'лгонном станке проводились на токар-геэ-шшторезном станке модели 1GK20. Износ замерялся с помощью оптического микроскопа.

■ Для измерения точностных показателей инструментального кольца использовалась современная измерительная аппаратура.

Научная паяпзиа

Разработаны теоретические оскопи'проектирования нротя:::-!!!-i:c блокоц для наружных зубчатых венцов на базе использования профильных режушнх колец, полученных на прецизионных элс-о ■ароэрязлоннмя вырезных станках с ЧПУ.

Предложена оптимальная схема срезания припуска, сочетающая преимущества профильно!'! и генераторной ф;ем, с учетом хяр-тииы распределения сил.

Практическая ценность

Полученные и диссертационной работе результаты экспериментальных и теоретических исследований позволяют поднять производительность зубообработки в 5 и более раз, а стойкость наладки ' допестн до 50 ООО штук.

Разработанные рекомендации по проектированию протяжного блока, модернизации горизонтально-протяжного станка модели 7Л520. автоматизации процесса протягивания штучной заготовки, включая и очистку протяжного блока от струбккн за один рабочий цикл могут быть использованы для организации промышленного внедрения наружного охватывающего протягивания зубчатых венцов.

Практическая реализация

Разработанные рекомендации по проектированию протяжного блока для охватывающего протягивания цилиндрических зубчатых колес, модернизации горизонтально-протяжного станка модели 7А520, автоматизации процесса протягивания для штучной заготоп-

ки и контролю инструментальных колец приняты к внедрщцт АК "ТУЛЛМЛШЗАВОД".

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на научно-техническах конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета 1995-1997 гг., на Всероссийском совещании "Проблемы теории Проектирования и производства инструмента" (г. Тула, 1995 Г.), на международных конференциях "Вопросы совершенствований технологических процессов механической обработки и сборки изделий машиностроения" (г. Тула, 1996 г.) и "Прогрессивны? методы проектирования технологических'Процессов, станков и инструментов" (г. Тула, 1997 г.).

Публикации -

По материалам проведенных исследований опубликовано 7 печатных работ. ■ ■ . .

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав ц заключен!»?, списка литературы из 7( наименования. Работа содержит 96 страниц машинописного текста, 61 рисунок, И таблиц и 2 страницы приложения. • .

Автор выражает благодарность к.т.». доц. {<аф. ТМС ТулГУ Малахову Г.В. за консультации при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во оведешга обоснована актуальность работы, ее практическая значимость, сформулированы основные положения, выносимые Иа защиту. ' ■ ^

В первой главе диссертации рассмотрены возможности1 и перспективы рационального использования контурного одновременного протягивания наружных венцов цилиндрических зубчатых колес, Обзор проведен на основе отечественной и зарубежной литературы, авторских свидетельств и патентов. На основе аналитического обзора сделан вывод о перспективности применения процесса охватывающего контурного протягивания, который имеет следующие преимущества:

1. Наиболее простую кинематику процесса .по сравнению с любыми другими способами обработки зубьев (исключая Способы пластического деформирования), использующую одно движение -

движенце резания для прямозубых и два дзиясення для когозубых (винтовых) зубчатых колее.

2. Предполагаемую высокую точность обработки, объясняемую:

а)нысокой жесткостью технологической системы протягивания, зависящей практически только от одного звена - протяжки;

б)определенным уравновешиванием радиальных сил, возникающих при зубопротягкпошш;

в) зависимостью большинства параметров точности зубчатого колеса от точности только одного звена технологической системы -инструмента.

'I. Предполагаемую высокую стойкость (по аналогии с высокой стойкостью инструмента для внутреннего протягивания).

4. Предполагаемую высокую, производительность (та счет введении в работу максимально возможного периметра режущих кромок).

Отсутствие универсальности охватывающего контурного протягивания не может рассматриваться как недостаток, при условии его использования п крупносерийном и массовом производствах.

Подавляющее большинство характеристик процесса контурно-то зубопротягнвашт зависит и обеспечивается одним звеном технологической системы, а именно инструментом-протяжкой. Следовательно длл осуществления процесса протягивания главным условием является создание такого инструмента.

В первой главе формулируются цель » задачи исследования.

При проектировании и расчете кольцевых протяжек н, п частности, режущих алементов-колец наиболее. важными вопросами, требующими проведения специальных исследований являются:

- выбор схемы резания;

- определение усилий резашш, действующих на локальных участках и по всему режущему контуру;

- априорной определение предполагаемой интенсивности износа.

Ро второй главе выполнен подробный анализ схем резания, применительно к охватывающему протягиванию эвольь'ентного зубчатого контура, рассмотрено плншше различных схем резания на конструктивные параметры и технологические аспекты протяжной блока.

Для обработки сложного фасонного многозубого контура протягиванием по сплошному металлу принята комбинированная Схема резания, которая показана для одной впадины па рис.!.

Рис. i. Комбициррвацпая схема вырезания впадицщ зубчатого ноле ей

Согласно рис.} основная часть металла удаляется по генераторной схеме (полосками, толщиной 0,2 мм) и лишь последние 2...В ножа срезают гребешки, Окончательно формируя эвольвентныН профиль. При обработке колес с т 2,5 мм иг«" 18 число режущих колец раЬно 31, а длина протяжного блока составит приблизительно 1м.

Для сокращения длины протяжного бдщщ можно рекомендовать: " . ,

1. разделить одну длинную протяжку нпдис, более короткие -первую - предварительную п вторую - окончательную;

2. Применить заготовку с предварительно оформленными зубьями.

При вырезании впадины из заготовки с предварительно оформленными зубьями резы можно осуществлять касательными к профилю Кромками. В технологическом отношении протяжка составленная Нз колец с касательными режущими кромками вынуждает иметь свою индивидуальную программу шрезания дли каждого кольца. Это ЬеСьма неудобно. Кроме. указанного Недостатка, она еще имеет органический недостаток - наличие гребешкоз на образующей кривой - эдаЛьВенте, ¡¡а удаление коЮрЫХ потребуется Несколько дополнительных колец.

Более технологичным йй^яетси Изготовление инс+руМен+йль-Ных колец но единой программе, где й отличие. 0г траДМНшНИЫх схем граничите участки очерчиваются кусочками ацолЬВеИЫ. сНо создает дополнительные преимущества, так как ИозйбЛ^еТ отказать-

ся от !...а реяоп, осуществляющий удаление гребенцсрн, крпма того, каждый последующи^ рез направляется профилен, полученным В результате предыдущих резол, т.е. осуществляется дополнительная страховки от проворота заготовки л процесса протягивания.

Эти схемы резания, ч отличии от приведенных ранее названы ПРОФИЛЬНО-ГЕНЕРАТОРНЫМИ (рис. 2),

Рис. 2. Профцлыю-гецератормл схема вырсзацип впадины по предварительна оформленному зубу

Профильно-генераторная схема вырезания впадины цо предварительно оформленному зубу показывает, что г? пределе при относительно небольшой высоте зуба достаточно трех-пятн профильный резоп.

Поскольку при охватывающем протягивании в работе задействован достаточно большой периметр режущих кромок, контактирующих с материалом, то можно предположить, что силы резания будут велики и поэтому целесообразно провести их оценку, Естест: венно, что задача должна решаться либо с учета использования имензчшхея в процессах резания аналогии, либо на основе специальных силовых, экспериментов. В справочной литературе приносятся различные данные для определения сил резания, но какие из них более достоверны сказать трудно.

Эксперимент проводился для условий вырезания штаднны, по выбранной ранее схеме, близкой к генераторной, когда отдельные сечения удаляемого металла имеют простую прямоугольную форму. Для измерения сил резания использовалась экспериментальная установка на базе токзрно-шшторезногр станка модели 16К20, кото-

pbiü подвергся небольшой модернизации для осуществления работе-Го движения ртрогания. При проведении экспериментальных исследований ¡«пользовался универсальный' динамометр УД' 1-600. Обработка заготовки приводились резцами из быстрорежущей стали Р6М5, типа отрезных с передним углог-í у- 5Ч , задним углам СХ" Зч | с шцрппой режущей кромки 2;3;3 мм, имитируя протягивание ппадииы ЦЗК на определенных участках, Строгание осуществлялось с поперечными Подачами 0,025¡ 0,05¡ 0,075; 0,1¡ 0,125; 0,15; 0,175; 0,2 мм. Скорость резания па всех случаях была одинаковая, равная 5 м/мин, Строгание осуществлялось без подучи СОЖ,

И процесса анализа полученных характеристик составляющие СИЛ .резания установлено, что экспериментальные точки располагаются на прямых, которые монотонно возрастают, Результаты экспериментальных исследований подтверждают, что толщина срезаемого слоя является одним рз главных факторов, влияющих на сцлы резания при протягивании, Экспериментальные данные были преобразованы в зависимость, связывающую площадь срезаемого слоя f-c удельной силой q (H/MM')(p»tc, 3),

Из графиков вндне, -,ro в пределах от 0 да 0,5 мм2, при уменьшении площади срезаемого слоя удельная сила рсако возрастает, а при значениях площади больше 0,5 адм2, величина удедвдой силы стремится к константе, Это позволило использовать и качестве математической модели экспоненциальную зависимость. Пилучецшш зависимость имеет вид;

q,(f) « 324,553е-<4'02™ + 203,023 Чу(-0»192,б25е-П.«ад-+ 33.65Д . Результаты обработки экспериментальных дгщнда позволяют оценить:

1, Значение силы резания по' мере вырезания профиля впади-цы. .

'2. Построить подобные, графики априорно, т,в, на прибегая к -проведению вкснеримеита, только па картине резания, для различных по форме вырезаемых профилей.

3. Несмотря на большой периметр режущих лезвий общее ТЯ' грвое усилие находится п пределах от 1,5 т Д° 4,5 тонн, следовательно процесс схватывающего протягивания ио^сет быть реализован на имеющемся протяжном оборудовании,

' Об износе колец протяжного блока можно говорить лишь и предположительной форме. Достоверные же данные можно получить только из наблюдений в процессе эксплуатации. Учитывая важность характеристик износа в процессе эксплуатации такого дорогого инструмента как охватывающая эвольвентная протяжка был .

поставлен специальный эксперимент и о моделированию процесса протягивания строганием-фрезерованием образцов на токарно-винторезном станке. Сравнивались результаты износа резца, у которого рабочие поверхности затачивались шлифованием на плоско -шлифовальном Станке и износ резца, рабочая часть которого профилировалась на электроэрозионном станке. За критерий работоспособности принимали появлений фаски износа на главцсщ задней поверхности. Допустимым значением фаски износа на задней грани Считали - 0,1 Мм.

q(0 Н/мм'

Рис. 3. Графики зависшюсти удельной силы резания о Я/.ч.ч при строгании стали 45 от площади срезаемого слоя

Как следует из графиков (рис.4) резец, имеющий традиционную абразивную заточку (1) до достижения фаски 0,1 мм прощел путь, равней 432857 им. Что же касается резца, рабочая поверхность которого.прошла электрозрозионную обработку (2) ( то нам его, практически довести до износа 0,1 мм нй удалось (прейденный йуть 814285 мм).

Таким образом, на главный вопрос п возможном снижении стойкости инструмента, обработанном Ьлектрозрозионнкм способом . (проволочной) Мы получйли. благоприятный отпет; .-.пи .о каком снижении Стойкбсти речи Йыть не может.

■и

Р.ММ

с.с5

Г 1

г

асо <оо еоо рцс, 4. Графику износа

И

В третьей главе рассмотрены вопросы конструктивного н технологического обеспечения процесса охватывающего иротягпванй^ зубчатьде ценЦоь,

Конструкции протяжного блока в принципе очень проста - ото набор чередующихся друг аа другим НОЛСЦ * ревущих н промежуточных! установленных в обЩем корпусе, с точна выполненный ба-зойЫи отверстием, Режущие кольца етрбгй фиксируются и углоаоМ положении (р1(с,5), •

Рис. 5. разираациие ;; :■ <с!нрЦл1вН п> ад г, и их Нодец в прощя&йЩ б дока: 1 - конЫейнёр! 2 - направляшщАя ШеиЩ' I- бом.ты; 4 - ЫпШ 5 - виц/пы; б - рНШрррЩяАьное кольцо

а

Цо своему назначении инструментальные калии целесообразна разделить на режущие и режуще-калибрующие, Это распределение определяется условиями придания контуру колец режущих свойств аа счет Обеспечения соответствующих углов Y И а, Но Прежде следует сделать оговорку, носящую .принципиальный характер, Л именно, контуры всех иолец. вырезаются по ЕДИНОЙ программе, заложенной заранее в программном обеспечении станка фирмы Charmilles Technologies. Возможность нзмёиения программы дли каждого кольца позволяет более четко и скурпулезно оптимизировать схемы резания. Здесь следует также отметить весьма существенной преимущество, которое заложен,') в системе управления Станка и которое используется при изготовлении инструментальных контуров. Станок позволяет автоматически, за счет наклона проволочки создавать боковые задние углы • одинаковые й каждой точке Профиля, «ан иа ревущих, так и На режуще-квлнбрующпх кольцах. Задние углы рассматриваются в плоскости. Проходящей Через любую точку профиля И расположенную нормально 1« проекции данно-ftl участку профиля на торцевую плоскость обрабатываемого зуба колеса. Это позволяет создать одинаковые условия резания H упрощает расчет фасонный аатылованнык инструментов.

Ре:«уще-налибрующве кольцо протяжки представлено на рисунке 6. При назначении углов, в нгнием случае, принимался во вниманпо тот факт, что восстановление режущей способности протяжны* колец производится путем лсретачивания по передней поверхности, п результате чего D3 теряет Свой размер и режущее кольцо следует переставлять с позиции п+1 на позицию ц.

В главе приводятся, формулы для определения нсил:кений текущих координат йсольвентного Профиля при наличии передних и вокпвмя углоп на инструментальных ¡солнцах, а Такя4ё погрйШно: Ь}'ей, йозникяюШИк при перетрЧйая,

ПощЬй ой-оборудовании, на которой удобно осуществи!!) прочее с проЛШинишя, я1)ллет'-'( ьесьма существенным. Поскольку НаИ-бпльшее распространенно в Тульском регионе иьлучили гори.юн-Талыго-НрЬтяЛИЧе ствийИ с тлгооым усилием 10,,.20 тг>!п!> то решено Г-ыло осуществить нодвринадций станка модёли 7А5Ж Для ^ущйствл'ения модернизации ttpfcrti/ia sceid, необходимо было ps-iilîiîfi boifpuç (3 передаче усилия на ПротигНпаеМЫЙ b'itekî - йубча!ое налеей. Йсполизраатй тянущеё дЬтнецие, на« ед'тслось Ни, нё уди-ргё) - рлиизцрм нал Диаметр посадоЧ1тГо tmepctud, a iiiiuMbtp тл-нущегй щтока двЛз^^И быть Меньше Диаметра НтиерсткИ. Даже ïiïîfbMa Пр!|ЙЛИй$ёН№!е.1фЬВк?р01|Н14е расчеты по!<йзЫ11!«1Т| kïb обрый' ШтВйй - ЙёНа(5ей«ен; . '

ц

рцс. 6. ¡1 пструмеиталъцйе кольца

Е}т|( соображения послужили поводом к тому, чтрбы изменить направление главного движения с тянущегр На планшайбу на толкающее от рланщайбы. Небольшое изменение в гидравлической схеме станка позволило увеличить диаметр трлкаюздего щтрка до диаметра ступицы заготовки, Шгок цилиндра каретки Сопровождения целесообразно закончить цветовым зажимом заготовки, который предохранит последнюю рт возможных поворотов в процессе протягивания я явится дополнительной ее опорой.

Основной узел Протяжного блока - корпус - выполнен, как указывалось ранее, в виде сборной трубы относительно большого диаМетра. Сборная конструкция Протяжного блока, рбеспЕЧивая С одной стороны высокую технологичности и, вообще, возможность изготовлений инструмента дли контурного протягивания, требует Очень тщательного подхода к базированию и установке инструментальных и промежуточных колец. Из практики известно (и это подтверждается соответствующими расчетами) что стопка рлоско-параллельцых! деталей при их складывании "ведет" себя самым непредсказуемым образом.. Даже и в том случае, когда непараллельность плоскостей каждой детали выдерживается относительно строго.

Допустим, что Ж!гтриллельнрст|) плоскостей раждого кольца комплекта составляет 0,003 мм. Тогда При определении ошибок, т.е. при расчете ра Максимум и минимум, отклонение ат Перпендикулярности опорного торца конечной детали будет равнр 0,003ц, где п - количество контактирующих в стопке деталей. Например, Нри п =

2Q цефш^ддельность рвсдеднетптррна относительно базового срстл-. piif 0,06 мм.

Однако развороту колец "мешает" точная их посадку в контейнере. Посадка должна быть точной it я то же время она должна допускать раободный свод крлым в отверстие контейнера. При наружном диаметре кодец 70 мм, назначены допуски на нзгатовле-

Н!!0 KQJteu 6D "Ig ols и OTtiepcnin а контейнере 8В -^О ООЗ'

При таких относительна ¡Жестких допусках максимальный зазор будет равен 0,03 мм ц минимальный 0,015 мм. Дальнейшее ужесточение допусков о принципе возможно, ко вызоцет значительный затруднения.

Псська жесткие и иовдныэ стенкН контейнера ограничивают ^p^HOHciiqcTb тфашса колец п щзделах зазора, по это, конечно, в срмом вдохом и » маловероятном случай,

Таким образом из приаядепных вышр соображений следует, чтч цг'ПгрироЕп.инз косит неопределенный характер, а каждое кольце) иод воздействие»« тянутого усилия будет "стараться" ориентироваться Пр торнам, которые с точки зрения теории базирования дцшают каждое кольцо 3-х степеней свободы. Высказанные вкшо Соображений относительно неопределенности Центрирования могут Служить оправданием того, что базовые точки, имитирующие цец-Трирбванцй будут располагаться пп осп кольца (см.рис.5),

Йа изложенного ныщз сделан выгод - параллельность плоскостей коде» должна выдерживаться с возможно более высокой степенью точности н приведенная jjbiUje, в качество примера, норма -0,003 мм, отнюдь не является пределом, При достижении высокой точцостн по плоскостности колец возможность их выворачивания будет зависеть, главным образом, от перпендикулярности опорного торца контейнера, '

-Очень парным является достижение высокой точности ориентирования режушнх колец в угловом положении, Это достигается за рчет того, что каждое Инструментальное кольцо, поджимается винтом 5 в упорную разу, которая выполнена в виде точной шлифованной шпонки 2. Для того, чтобы эта база не изменяла своею положения на верм протяжении контейнера 1, последний (только • для этого) делается разъемным, чтобы можно было обработать (прошлифовать) место под "шпонку (см.рис.5).

To4nq такац же установка, но.естественно, в одноместном приспособлении предусматривается на электроэрозионном вырезном станке. Таким образом обеспечивается четкость базирования и единство баз при изготовлении режущего контура кольца и установке последнего в контейнере. Упорная площадка на каждом кольце

должна быть расположена римметрцчно относительно наружного диаметра, в пределах 0,01 мм и проходить через ось кольца с отклонением не более 0,0! мм.

В эскизном варианте проработан проект полной автоматизации процесса протягивания штучных заготовок, который включает также и автоматизацию очистки блока от снятой стружки за каждый цикл обработки (рис.7). В корпусе имеется поперечное окно для пропуска захвата с ориентированной в нем заготовкой 1.

Рис. 7. Схема расположения агрегатов автоматизации

Рабочий цикл начинается с того, что заготовка на рабочей позиции перед началом движения устанавливается между рабочим штоком 3 л штоком цилиндра каретки сопровождения 4 по центральному отверстию. Оба цилиндра начинают движение, захватывая заготовку по базовому отверстию. Шток главного цилиндра, пройда примерно 5 мм останавливается, -а шток цилиндра каретки сопровождения продолжает движение, и с помощью цанги, установленной на нем осуществляет закрепление заготовки, предохраняя со от возможного проворота в процессе протягивания. Далее рабочий шток н шток цилиндра каретки сопровождения движутся синхронно - осуществляя процесс протягивания. Когда, после обработки заготовка дойдет до упора штоки останавливаются на определенное время, достаточное для того, чтобы захватить заготовку и удерживать ее вручную или захватным устройством. Поело чего штоки отходят - заготояка освобождается и либо падает, -либо захватным устройством транспортируется в специальную тару, Затем, па осво-

бодавшееся несла вручную или автоматически подается имитация заготовки, у которой вместо зубчатого венца располагается цилиндрическая щетка 2. В обратном порядке, эта щетка устанавливается между главным штоком и щтоком цилиндра каретки сопровождения и движется вместе С ними в обратном направлении - осуществляется очистка протяжного блока ог стружки, которая проваливается в предусмотренные для этого окна.

Помимо очистки режущих колец от стружки щетками, предусмотрена также непрерывная подача СОЖ, осуществляемая от специального насоса, который закачивает ее в полость, обработанную в одной из половин контейнера. Эта полость сообщается с канавками, имеющимися на каждом промежуточном кольце. Дальше, через наклонные отверстия, жидкость под давлением поступает на переднюю грань режущих колец,

■ Здесь необходимо отметить, что предлагаемая автоматизация-относительно проста в конструктивном отношении, и в то же время Освобождает оператора от нудной и опасной работы, .связанной с установкой и снятием заготовок и щеток! Функция оператора сводится, главным образом, к тому чтобы поддерживать определенный запас заготовок н щеток в питателях. 4

Циклограмма работы механизмов модернизированного горизонтально-протяжного станки модели 7Л520 представлена а диссертации.

• В третьей главе рассмотрены ропросы комплексного контроля протяжного блока. Практически осуществить комтексный контроль не представляется возможным, вследствие вполне очевидных конструктивных затруднений. Можно, конечно, оценить качество изготовления и сборки по результатам обработки опытных детал'ей. Однако дифференцировать причины возникающих погрешностей но результатам контроля образцов - "свидетелей", практически также не представляется возможным. Поэтому необходимо разработать систему контроля вырезаемого контура на режущих'кольцах, задняя поверхность который обрабатывались на электроэрозионных станках с'ЧПУ,

Затруднения, связашша с контролем внутреннего эеолЬвентно-П} контура вполне очевидны, особенно при наличии передних ¿1 ЗЙДИИХ углои, поскольку основные Н достаточно хорошо рйЗрабо-таиШе способы поэлементного контроля, предназначены для Наружных г)уб4птыя сеццой. МиптИе вопросы контроля в принципе могут бь4тъ сняты при использовании современных нНогсжоордиНатных измерительных йЦШНН, Например фирм Оптон (Германий)) Оливет--ти кшорыё ййей обшйрнум бнйлиьтеку программ, пбзьо-

ляют производить точные у> быстрые измерения деталей различной формы.

Учитывая , однако, очень низкую оснащенность этими машинами (в Тульском регионе, как нам известно, всего одна машина, причем она' установлена в спецпронзводстве) нами предлагается контрольный комплекс, который можно осуществить в измерительных цеховых лабораториях.

1. Контроль радиального биения.

Предлагается несколько необычная метрологическая Окема контроля радиального биения. Согласно схеме контролируется биение наружного посадочного диаметра режущего кольца относительно профиля зубьев. При этом учитывается, что последние вырезаются па проволочном цлектроэрозианцом станке при базировании по наружному диаметру. В Качестве базирующих элементов при осуществлении контроля используются шарики, матерналнзуы-'Шие профили зубьев. Каждый шарик теоретически имеет три точки контакта', дре ио боковым сторонам зубьев и одну на поверхности оправки. Последняя' является как бы продолжением оси шпинделя делительной головки, На которой закрепляется непосредственно корпус приспособления: В принципе может быть использована любая делительная головка, имеющая биение шпинделя не более 0,005 мм. Кроме измерения радиального биения удобно измерить и Сшь-ние базового торца кольца. Оно не должно превышать 0,01... 0,02 мм. .

2. Контроль профиля

Осуществить контроль профиля традиционно применяемыми эвольвеитомерами практически не представляется возможным из-за отсутствия специальных приспособлений для контроля колес внутреннего зацепления маленького диаметра^ В связи с этим, можно рекомендовать контроль координат профиля с помощью универсальных микроскопов, например, двухкоордииатного измерительного прибора ДИП-6, со специализированным измерительным устройством, координатным методом с помощью поворотного стола.

Также универсальные микроскопы можно Использовать н для измерения окружных шагов. Однако, как показал Наш опыт, контроль с помощью микроскопа имеет существенный недостаток - нечеткость установки перекрестия на линию профиля, которая усугубляется, при наличии на передней грани положительного переднего угла. Удобным, по нашему мнению, и достаточно точным является контроль профиля на проекторе, с масштабом увеличения 50 и более. Если считать, что ошибка графического исполнения не превышает 0,5 мм, то ошибка измерения не должна превышать 0,01 мм. Для практических целей этого вполне достаточно.

3- КоНТрОЛ!) окружных шагов

Предложена несколько необычная метрологически схема комплексной проверки окружных шагов, которая отражает особенности . формообразования внутренних контуров зубьев на электроэрознон-ных станках с ЧПУ непрофилированиым электродом - проволокой. Эта схема заключается п следующем. При вырезании режущего кольца из заготовки, выполненной в виде диска, образуется как само кольцо, так и вставка, профиль которой теоретически должен точно повторять Профиль кольца. Следует, однако учитывать, что размеры вставки меньше размеров кольца на ширину паза, Фактически ширина пяза 1> -- а + 2я,

гдо й - размер эле» трода-ннструмеита;

з - боковой зазор. Поскольку диаметр проволочки выполнен весьма точно, то с:;-му вставку Можно использовать как комплексный калпбр, наподобие того, кг!-, гллицезой керошеой КОМПЛЕКСНО проверяйся щлнцевмй вал. Понятно, что ёходпмость вставки в кольцо в любом на угловых положений не пызмяает сомнений. Но если каждым раз после поворота вставки о г зуба к лубу г:;! мерять ее углпгюе цоложе-нне (одннакопость угдоШх нолояетшй).. выбирая при этом люфт в одну сторону, го можно получить КОМПЛЕКСНУЮ Информацию об ошибках окружного икна.

В четвертой гларе диссертации нами показана возможность использования выполненной работы для протягивания закаленных венцов зубчатых колес.

Отдавая должное мировой практике изготовления высококаче-ртпенных зубчатых колес современных транспортных машин нельзя Не отметить органический недостаток, присущий всем, без исключения Пронзводстзам. Этот недостаток заключается в том, что для получения окончательно изготовленных закаленных зубчатых колес необходимо отладить процессы формообразования сырых колес, бо-' Лее точных - на .1/2 степени вы ¡ио той, которая требуется по техническим условиям, Этот запас создается в результате неизбежных погрешностей, возникающих в процессе термообработки. До сих пор мировая промышленность не располагает процессами, позволяющими обеспечить отделку-закаленных венцов производительно и с высокой степенью точности,

Б Принципе таким процессом может стать предлагаемый нами процесс охватывающего протягивания. Инструментальные кольца, изготовленные из твердого сплара, обрабатываются на прополочных влектроэрозноНиых станках столь жо успешно, что и закаленная сталь.

Поскольку процесс протягивания осуществляется после предварительного формообразования зубьев, количество колец мо/'.ег быть весьма небольшим. Предполагаемая производительность до 8000...10000 шт/час, при предполагаемой степени точности 7...В.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выполнен подробный анализ схем резания, применительно к охватывающему протягиванию зубчатого эсольвентного контура!

Показано, что кроме традиционных схем резания: профиль- • ной и генераторной и их комбинации (профильная после генераторной) может иметь место, так называемая, ПРОФПЛЬНОТЕНЕ-РАТОРНАЯ схема, сочетающая в себе положительные качества упомянутых ранее традиционных схем.

■2. Анализ схем резания, ирг—адённый для условий обработки заготовок с оформленными зубчатыми венцами, позволил выяшпь весьма серьезные преимуществ, которые проявляются При протягивании в еще большей степени, чем при использовании других известных процессов. Главными из них являются; значительное сокращение инструментальных колец, компактность конструкции протяжного блока и реальная возможность при этом повышения производительности (и 5, ..20 раз) при достижении 7...6 степени точности. '

, 3. Показана идентичность схем резания с картиной распределения сил резания при вырезании сложного эвольвен^ного контура. Это дает возможность составить представление о силовых характеристиках процесса протягивания но схеме (картине) резания.

А. Результаты сравнительных испытаний износа режущих лезвий, оформленных традиционной заточкой (шлифованием) и с помощью электроэроэиошюго процесса показали, что стойкости лезвий, в последнем случае, но снижается, по сравнению с традиционной заточкой. '

5. В диссертации нащлн значительное отражение работы по. созданию оригинальных конструкций и технологий, которые являются основой для создания рабочих проектов при внедрении.

5.1. Разработка конструкции протяжного блока, обеспечиваю-., щая строгое соблюдение принципа единства баз при установке инструментальных колец на станке, для вырезания контура, и в • контейнере протяжного блока. г ■ ■

5.2. Предложена принципиальная схема модернизации гори-зоптально-протяжаого станка модели 7А520. Разработан (в эскизном варианте) проект полной автоматизации работы на этом станке;

в том числе, аптомятцзания процесса очистки контейнера от стружки. '

5.3. Разработана система производственного контроля геометрических параметров инструментальных колец. Метрологические схемы, созданные для контроля радиального биения и накопленной окружной ошибки шага, и их конструктивное оформление являются новыми. Оци могут быть рекомендованы для практического использования в аналогичных задачах.

0. В заключительной главе диссертации показана возможность реализации процесса п условиях производства ЛК «Туламашзакод».

Высказано вполне речльноа предположение о практической реализации чистового протягивания закаленных зубчатых венцов, как отделочного процесса, с высокими исправляющими способностями,

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Аннсимова М.А., Ананьев D.H., Горчаков В.А. Возможности н перспективы использовашш контурного одновременного протягивания наружных зубчатЬхх венцов цилиндрических зубчатых колес// Проблемы теории и проектирования инструмента: Тезисы докладов совещания 15-17 ноября 1995 г.- Тула: ТулГУ, 1995. -с.69-70. •

2, Анисимова M.Ä., Сотова Б.И. Фрагменты размерного анализа технологического процесса изготовления корпусной детали //Технология механической обработки и сборки.Сборник научных трудов - Тула: ТулГУ, 1995, с. 95-99.

3, Анисимова М.А. К вопросу. о расчете напряженно-деформируемого состояния (НДС) протяжек для обработки наружного контура цилиндрических зубчатых колес // Вопросы совершенствования технологических процессов механической обработки и сборки изделий машиностроения. Тезисы докладов юбилейной НТК 23-25 сентября 1996 г.- Тула: ТулГУ, 1996. - с.70-71/

4. Коганов H.A., Анисимова М.А. Выбор схемы резания при протягивании наружного зубчатого контура // Технология механической обработки и сборки. Сборник научных трудоп. - Тула: ТулГУ, 1996, с.11-14.

5, Коганов H.A., Анисимова М.А. Определение усилия резания при протягивании цилиндрических зубчатых колес контурными протяжками охватывающего типа // Прогрессивные методы.проектирования технологических процессов, станков и нпструмептон. Тезисы международной юбилейной НТК 26-28 мая 1997 г. - Тула: ТулГУ, 1997. - с.40.

6. AiiK-ЦМооа М.А., Коганов H.A. Автоматизация контурного протягивания малогабаритных зубчатых колес .// Известия Тульского государственного университета. Сборник научных трудов -Тула: ТулГУ, 1997, с.23.,.27.

7. Коганов И.А., Аниснмова М.А. Новая технологическая схема формообразования Зубьев цилиндрических зубчатых 'колес, основанная на использовании охватывающих. зуборезных инструментов // Известия Тульского государственного университета. Сборник научных грудой. - Тула: ТулГУ, 1997, C.5...9.

Подписано в печать 11.11.95. Формат бумаги 60x84 1/16. Вумага типографская Лга 2. Офсетная печать. У сл. пеЧ.л. 1,3. Усл. кр.-отт. 1,3. Уч.-изд.л. 1,2. Тираж 100 вкз. Заказ . С.22. Тульский государственный университет. 300600, Тула, пр. Ленина, 92. Подразделение оперативной полиграфии Тульского государственного университета. 300С00 ТуЛа,.ул.6олдии&, 151.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ВОЗМОЖНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОНТУРНОГО ОДНОВРЕМЕННОГО ПРОТЯГИВАНИЯ НАРУЖНЫХ ВЕНЦОВ

ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС.".

2. СХЕМЫ РЕЗАНИЯ, СИЛОВЫЕ ЗАВИСИМОСТИ И ИЗНОС РЕЖУЩИХ КРОМОК.

2.1. Выбор схемы резания.

2.2. Силы резания.

2.3. Предполагаемые характеристики износа режущих колец.

Выводы.

3. КОНСТРУКТИВНОЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ОХВАТЫВАЮЩЕГО ПРОТЯГИВАНИЯ

ЗУБЧАТЫХ ВЕНЦОВ.

3.1. Некоторые особенности конструкции протяжного блока. Схема модернизации станка и автоматизация процесса обслуживания.

3.2. Конструкция и особенности изготовления инструментальных колец.

3.3. Диаметры рабочей части протяжки.

Об учете упругого последействия.

3.4. Базирование колец в протяжном блоке.

3.5. Комплектация инструментальных колец в протяжном блоке.

3.6. Контроль режущих элементов протяжного блока.

3.6.1. Контроль радиального биения

3.6.2. Контроль профиля

3.6.3 Контроль окружных шагов.

Выводы.

4. ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ. ВОЗМОЖНОСТЬ ОТДЕЛОЧНОГО ПРОТЯГИВАНИЯ ЗАКАЛЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС.

Последние годы развитие технологии машиностроения и, в частности, процессов обработки резанием можно характеризовать как годы своего рода застоя. Действительно, подавляющее большинство "теоретических", во всяком случае заслуживающих внимания для детальной проработки процессов, было разработано в период 40-60 годов настоящего столетия.

В последующие годы, а этот период продолжается и по сей день, развитие технологии машиностроения шло по пути совершенствования и программной автоматизации оборудования и всех дополнительных для осуществления основной работы агрегатов.

И в то же время, поиски новых процессов и новых технологий - продолжаются, правда не в столь больших объемах как это имело место примерно 50 лет тому назад.

Анализ действующих и вновь создаваемых процессов резания показал, что наряду с "неувядаемым" направлением - повышением скоростей резания за счет использования новых инструментальных материалов, повысить производительность удается за счет использования в значительной степени принципа: одновременно ввести в работу максимально возможный периметр режущих лезвий.

Этот принцип заложен, по сути дела во всех высокопроизводительных процессах, а наиболее рациональная и эффективная его реализация просматривается в процессах протягивания [4].

Протягивание наружных зубчатых венцов по сравнению с традиционно применяемыми процессами протягивания имеет ту особенность, что в реальных производственных условиях осуществить его далеко не просто, из-за трудностей, возникающих при изготовлении высокоточного внутреннего режущего зубчатого контура. Зарубежные автомобильные фирмы, овладевшие секретом изготовления этого контура не спешат поделиться сведениями "know-how" с конкурирующими фирмами. Видимо поэтому процесс протягивания зубчатых венцов не получил надлежащего распространения в мировой практике.

В настоящей диссертационной работе необходимо сделать акцент на том обстоятельстве, что вопросы совершенствования процессов зубообработки являются традиционными для кафедры "Технология машиностроения" Тульского государственного университета.

Начиная с 1961 года, после защиты кандидатской диссертации Когановым И.А. появился ряд работ (Федорова Ю.Н., Шейнина Г.М., Пузырева В.А.), которые явились основой для создания направления "Прогрессивные методы формообразования сложных поверхностей деталей резанием". По мере разработки прогрессивных процессов нарезания зубьев на цилиндрических колесах было сформировано новое направление в технологии изготовления зубчатых венцов, основанное на использовании методов пластического деформирования для предварительного формообразования зубчатых колес и целого ряда новых процессов для окончательного формообразования зубьев режущими инструментами.

В этих работах сотрудники кафедры, по сути дела, вопросов протягивания цилиндрических зубчатых колес наружного зацепf ления не затрагивали, хотя первые успехи в использовании наружных протяжек уже были известны. Объясняется это теми трудностями, которые были известны разработчикам в части технологии изготовления сложнопрофильного зубчатого инструмента. И лишь в последнее время, после освоения нашей и зарубежной промышленностью технологии формообразования проволочными инструментами, открылась возможность использовать станки и процессы для изготовления очень точных, цельных к колец, образующих в комплекте протяжной блок.

То обстоятельство, что именно на упомянутой выше кафедре только сейчас решились взяться за эту проблему объясняется теми успехами, которые достигнуты в мировой промышленности по созданию и усовершенствованию прецизионной электроэрозионной обработки проволочным инструментом.

С сожалением приходится отметить, что несмотря на то, что бывший Советский Союз явился первооткрывателем метода электроэрозионной обработки, наилучшие результаты в части созда ния прецизионных станков, работающих проволочным инструментом, получены фирмами Charmilles Technologies ("Шармиль Техноложи"), Agie ("Ажи") Швейцария.

Современные электроэрозионные станки имеют широкие возможности. Вырезные станки с ЧПУ моделей ROBOFIL позволяют получать простым непрофилированным электродом самые различные профили, обработка которых просто может быть запрограммирована с помощью микропроцессорного УЧПУ станка или эффективной системы диалогового программирования ACONIT 286 [21].

Станок ROBOFIL, который также имеет систему адаптивного управления, обеспечивает обработку сложнейших фасонных контуров в автоматическом и автономном режимах проволокой диаметром 0,1.0,3 мм. Станок высокопроизводителен и дает высокую точность (до 0,002 мм) и низкую шероховатость (до Ra 0,1 мкм). Постоянные циклы станка, которые обеспечиваются системой управления, в значительной мере упрощают программирование при использовании как УЧПУ станка, так и системы к программирования ACONIT 286. На станке по одной программе можно за один ход вырезать два разных профиля на рядом размещенных заготовках [9,21,44].

Нами в порядке пробного эксперимента была проведена обработка внутреннего эвольвентного контура на закаленном образце из быстрорежущей стали 9ХС (HRC = 59) для зубчатого колеса m = 2,5 мм и z = 17 на швейцарском электроэрозионном станке ROBOFIL-lOO фирмы Charmilles Technologies ("Шармиль Техноложи"). За 8 часов на нем был прорезан внутренний профиль одного режущего кольца шириной 20 мм с задними углами около 5° по всему контуру.

Результаты по точности оказались столь обнадеживающими (они приведены в третьей главе диссертации), что это убедило нас в реальной возможности создания работоспособного протяжного блока и внедрения процесса протягивания в условиях обычного машиностроительного производства.

ВЫВОДЫ

В главе, в рамках эскизного проекта приведены, разработанные нами, наиболее важные объекты конструкторского и технологического обеспечения процесса контурного протягивания зубчатых венцов.

1. Разработана конструкция протяжного блока, обеспечивающая строгое соблюдение принципа единства баз при установке инструментальных колец на станке, для вырезания контура и в контейнере протяжного блока.

2. Предложена принципиальная схема модернизации горизонтально-протяжных станков модели 7А520, получивших наибольшее распространение на предприятиях нашего региона. Разработан (в эскизном варианте) проект полной автоматизации работы на этих станках, в том числе автоматизирован процесс очистки контейнера от снятой стружки.

3. Подробно рассмотрена конструкция режущих лезвий инструментальных колец, в части внесения поправок на искажения профиля за счет влияния передних и задних углов.

Показана четкая связь между принятой схемой вырезания впадины, количеством инструментальных колец и их разделением на режущие и режуще-калибрующие.

Предложена система комплектации и хранения запасных колец, исключающая возможность их перепутывания в процессе эксплуатации.

4.Проведены теоретические и экспериментальные исследования на предмет установления наличия и учета эффекта упругого последействия.

Показано, что в рассматриваемой задаче этот эффект незначительный и, практически его можно не учитывать.

5. Разработана система производственного контроля геометрических параметров инструментальных колец. Отмечается оригинальность метрологических схем и их конструктивного оформления для контроля параметров: радиальное биение внутреннего зубчатого венца и накопленной окружной ошибки шага. I

4. ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ.

ВОЗМОЖНОСТЬ ОТДЕЛОЧНОГО ПРОТЯГИВАНИЯ ЗАКАЛЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Протягивание наружных венцов цилиндрических зубчатых колес является весьма сложной технологической задачей. В настоящем исследовании это положение неоднократно подчеркивалось. И все же успешное внедрение этого процесса, в том виде, как мы его представили, вполне возможно, но требует создания обстановки, которая обеспечила бы строгое соблюдение технологической дисциплины. Такую обстановку определяют обычно понятием "культура производства".

Для организации внедрения требуется, конечно, проверка основных положений в условиях, максимально приближенных к производственным. Для выполнения этого, нами была спроектирована (в настоящее время находится в стадии изготовления) моделирующая установка.

Конструкция установки относительно проста (рис.4.1)- она автономна, т.е. свободна от внешних направляющих элементов пресса.

Базирование режущих колец выполнено так же, как описано в третьей главе. Установка рассчитана на ход пресса (гидравлического) до 100 мм.

Направляющие установки - призматические, шлифованные исключают возможность люфтов и обеспечивают движение штока строго параллельно оси базового посадочного отверстия контейнера.

Рис.4.1. Конструкция моделирующей установки

Рис. 4.1. Продолжение

При благополучном исходе первого этапа внедрения, т.е. получения благоприятных результатов испытания моделирующей установки открываются новые перспективы внедрения процесса протягивания, но уже как отделочного процесса, после термообработки колес.

Возможность практической реализации этого процесса непосредственно вытекает из всего изложенного выше. Но главным условием, обеспечивающим положительное решение этой пробле-► мы, является возможность точного вырезания профиля твердосплавных режущих колец на электроэрозионном станке.

Актуальность создания устойчивого технологического процесса отделки зубьев закаленных колес для условий массового производства - вполне очевидна.

На протяжении ряда последних лет усовершенствование процессов формообразования зубчатых профилей в основном было направлено на первый этап изготовления зубчатого венца - до термообработки.

Коренному усовершенствованию подверглись процессы предварительного формообразования и, в частности, процессы червячного зубофрезерования. Досконально изучены процессы шевингования и выявлены возможности повышения исправляющей способности и производительности этих процессов.

Передовые зарубежные автомобильные фирмы коренным образом усовершенствовали незаслуженно забытый процесс точного пластического деформирования - обкатывания и эти фирмы успешно применяют его вместо шевингования.

1 Что же касается заключительного этапа формообразования после термообработки, то можно констатировать что никаких более или менее впечатляющих результатов за последние десятилетия получено не было, если не считать зубохонингования -процесса с низкими исправляющими способностями (даже по сравнению с притиркой) и назначением которого является небольшая зачистка профиля и удаление незначительных дефектов в виде заусенцев, забоин и т.п.* > В последнее время появились сообщения, правда рекламного характера, об усовершенствовании процесса хонингования за счет применения охватывающих хонов, на станках фирмы РЕИБЬЕИ [34].

Можно считать, что это единственное ощутимое достижение за последние десятилетия, в области отделки закаленных зубчатых колес массового производства.

Повсеместно используемая технологическая схема получения колес б.8 степеней точности на закаленных зубчатых венцах в условиях массового производства сложилась несколько десятилетий тому назад и она, как следует из вышеизложенного, не претерпела изменений до настоящего времени.

Согласно этой схеме предварительное формообразование осуществляется зубофрезерованием червячными фрезами с производительностью 3.4 с/на зуб. Такая относительно высокая (но отнюдь не вполне достаточная для массового производства)

Возможности использования шлифовальных процессов для колес массового производства мы не рассматриваем, вследствие относительно низкой их производительности и отсутствия гарантий возникновения прижогов на боковой поверхности зубьев.

1 производительность была достигнута за счет использования двухи трехзаходных фрез, изготавливаемых из сверх-быстрорежущей кобальтовой стали.

Здесь уместно отметить, что разрабатываемый в настоящей диссертации метод зубопротягивания, в наиболее полной мере решает проблему производительности предварительного формообразования зубьев сырых зубчатых колес.

Отделка сырых зубчатых колес массового производства на-к ряду с высокой производительностью должна обеспечить точность не менее чем на 1.2 степени выше той которая требуется по чертежу. Этот гарантированный запас точности дается для компенсации тех погрешностей, которые наверняка будут сопутствовать термообработке.

Если, учитывая изложенное, иметь ввиду, что и процесс шевингования, и тем более обкатки, имеют невысокую исправляющую способность, то естественной является переадресовка требований точности к процессам предварительного формообразования (под шевингование или обкатку). Это накладывает определенные затруднения, связанные с обеспечением устойчивых показателей точности этих процессов.

Протягивание закаленных зубчатых колес может, по нашему мнению, коренным образом изменить (конечно в лучшую сторону) технологическую схему изготовления зубчатых венцов массового производства.

Трудно переоценить те перспективы, которые открываются при положительных результатах внедрения процесса протягивания закаленных венцов зубчатых колес. Отработанная десятилетиями и повсеместно принятая в мировой практике традиционная технологическая схема полностью перекраивается.

Самое главное - отпадает необходимость точного предварительного формообразования, - задача предварительного формообразования будет заключаться в том, чтобы обеспечить более или менее одинаковый припуск на протягивание боковых сторон зубьев ( 0,2.0,3 мм). Это значит, что предварительное формообразование может осуществляться любым самым производительным способом. При этом возрастает целесообразность предварительного формообразования зубьев в процессе получения заготовки (горячая штамповка, литье, полугорячее выдавливание, спекание и т.п.).

Тогда после обработки такой заготовки на станках в соответствии с требованиями чертежа, последующей термообработки и обработки базовых поверхностей следует единственная формообразующая (для зубьев) операция - протягивание/

Помимо обеспечения равномерного распределения припуска при изготовлении зубчатых колес желательно, чтобы дно впадины зуба было получено в окончательном виде, чтобы разгрузить протяжку от необходимости обрабатывать впадину вплоть до основания зуба.

Возможность выполнения этого требования при осуществлении процессов предварительного формообразования вполне осуществима и не вызывает особых затруднений.

Для получения высококачественных колес, возможно, целесообразным окажется введение дополнительно таких операций как притирка или зубохонингование

При изучении и анализе возможных схем резания при протягивании эвольвентных зубчатых контуров (см. гл.2) нами было показано, что конструкция и габариты протяжного блока (которые зависят, главным образом, от количества режущих элементов - колец) значительно и, можно сказать, коренным образом улучшается при протягивании венцов с предварительно оформленными зубьями. В данном случае, когда мы рассматриваем процесс протягивания закаленных зубчатых колес, то реальное осуществление этого процесса не мыслится без предварительного формообразования.

Приведенная выше конструкция моделирующей установки может быть использована и для опытов по протягиванию закаленных зубчатых колес. Но для этого должны быть использованы скоростные прессы, поскольку по имеющимся у нас сведениям -хорошие результаты по протягиванию внутренних зубчатых закаленных изделий получают при скоростях резания до 80 м/мин [34].

159

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая диссертация посвящена разработке малоизученного процесса протягивания наружных венцов цилиндрических зубчатых колес. Это положение четко отражает те затруднения, которые имели место при попытках использовать опыт передовых зарубежных фирм, рекламирующих свои достижения в области протягивания наружных зубчатых контуров. В конечном итоге, нужно было узнать или разработать свое "know-how", в части изготовления внутреннего режущего зубчатого контура.

В настоящее время, практически неограниченные возможности, в части изготовления точных контуров на прецизионных электрозионных станках с ЧПУ, являются тем "knaw-haw", который положен нами в основу создания конструкции протяжного блока.

При разработке процесса протягивания были решены следующие задачи:

1. Выполнен подробный анализ схем резания, применительно к охватывающему протягиванию зубчатого эвольвентного контура.

Показано, что кроме традиционных схем резания: профильной и генераторной и их комбинации (профильная после генераторной) может иметь место, так называемая, ПРОФИЛЬНО-ГЕНЕРАТОРНАЯ схема, сочетающая в себе положительные качества упомянутых ранее традиционных схем.

2. Анализ схем резания, проведенный для условий обработки заготовок с оформленными зубчатыми венцами, позволил выявить весьма серьезные преимущества, которые проявляются при протягивании в еще большей степени, чем при использовании других известных процессов. Главными из них являются: значительное сокращение инструментальных колец, компактность конструкции протяжного блеска и реальная возможность при этом повышения производительности (в 5.20 раз) при достижении 7.8 степени точности.

3. Показана идентичность схем резания с картиной распределения сил резания при вырезании сложного эвольвентного контура. Это дает возможность составить представление о силовых характеристиках процесса протягивания по схеме (картине) резания.

4. Результаты сравнительных испытаний износа режущих лезвий, оформленных традиционной заточкой (шлифованием) и с помощью электроэрозионного процесса показали, что стойкость лезвий, в последнем случае, не снижается, по сравнению с традиционной заточкой.

5. В диссертации нашли значительное отражение работы по созданию оригинальных конструкций и технологий, которые являются основой для создания рабочих проектов при внедрении.

5.1. Разработка конструкции протяжного блока, обеспечивающая строгое соблюдение принципа единства баз при установке инструментальных колец на станке, для вырезания контура, и в контейнере протяжного блока.

5.2. Предложена принципиальная схема модернизации горизонтально-протяжного станка модели 7А520. Разработан (в эскизном варианте) проект полной автоматизации работы на этом станке; в том числе, автоматизация процесса очистки контейнера от стружки.

5.3. Разработана система производственного контроля геометрических параметров инструментальных колец. Метрологические схемы, созданные для контроля радиального биения и накопленной окружной ошибки шага, и их конструктивное оформление являются новыми. Они могут быть рекомендованы для практического использования в аналогичных задачах.

I б. В заключительной главе диссертации показана возможность реализации процесса в условиях вполне обычного, нормально организованного производства.

Высказано вполне реальное предположение о практической реализации чистового протягивания закаленных зубчатых венцов, как отделочного процесса, с высокими исправляющими способностями.

1. A.c. 1009662 СССР МКИ4 В 23 F 21/26. Сборная протяжка./ Чибисов К.Г. (СССР).

2. Аваков A.A. Физические основы стойкости режущих инструментов,- М.: Машгиз, i960.- 308 с.

3. Анисимова М.А., Коганов И.А. Автоматизация контурного протягивания малогабаритных зубчатых колес/ Известия Тульского государственного университета: сборник научных трудов. -Тула: ТулГУ, 1996.- С.

4. Анисимова М.А., Сотова Б.И. Фрагменты размерного анализа технологического процесса изготовления корпусной детали.// Технология механической обработки и сборки: сборник научн. трудов. Тула, ТулГУ, - 1995. - С. 95-99.

5. Ануфриев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х томах.- 5-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1980.

6. Ю.Ашихмин В.Н. Протягивание. М: Машиностроение, 1981.-144 с. с ил.

7. И.Баклунов Е.Д. Протяжки.- М.: Машгиз, 1960, 168 с.

8. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. -М.: Машиностроение, 1969.- 560 с.

9. Бобров В.Ф. Многопроходное нарезание крепежных резьб резцом. -М.: Машиностроение, 1982,- 104 с.

10. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. - 344 с.

11. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математи-ке.-М.-Наука,-1962.- 608 с.

12. Власов В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей.-М.: Машиностроение, 1987.- 304 с. с ил.

13. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1986. -544 с.

14. Высокопроизводительное протягивание/ В.Ф. Скиженок, В.Д. Лемешонок, В.П. Цегельник.- М.: Машиностроение, 1990. 240 с. с ил.

15. Гавриленко В.А. Основы теории эвольвентной зубчатой передачи. -М.: Машиностроение, 1969.-430 с.

16. Геллер Ю.А. Инструментальные стали .-М.: Металлургия, 1968.- 567 с.

17. Гжиров Р.И., Серебреницкий П.П. Программирование обработки на станках с ЧПУ: Справочник.- Л.: Машиностроение, 1990.- 588 с. с ил.

18. Горецкая З.Д. Протягивание с большими подачами. М: Машгиз, 1969.-204 с.

19. ГОСТ 1643-8 (СТ СЭВ 641-77, СТ СЭВ 643-77 и СТ СЭВ 644-77) взамен ГОСТ 1643-72. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски.

20. Грановский Г.И. Металлорежущий инструмент. М.: Машгиз, - 1952.-315с.

21. Грановский Г.И., Панченко К.П. Фасонные резцы. -М: Машиностроение, 1975. 309 с. с ил.

22. Калашников С.Н., Калашников А.С. Зубчатые колеса и их изготовление." М.: Машиностроение, 1983.-264 с. с ил.

23. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента.- 2-е изд., перераб и доп.- М.: Машиностроение, 1974.- 231 с. с ил.

24. Кацев П.Г. Обработка протягиванием: Справочник,- М.: Машиностроение, 1986. 272 с. с ил.

25. Кацев П.Г. Протяжные работы: Учебное пособие для проф. обучения рабочих на производстве. 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1985.-191 с. с ил.

26. Кацев П.Г. Протяжные станки и работа на них. М.: Высшая школа, 1981. 184 с.

27. Кован В.М. Основы технологии машиностроения. М.: Маш-гиз, 1959.-495" с. 503.

28. Коганов И.А. Прогрессивная обработка зубчатых профилей и фасонных поверхностей. Тула: Приокское книжное изд-во, 1970. - 190 с.

29. Коганов И.А., Анисимова М.А. Выбор схемы резания при протягивании наружного зубчатого контура/ / Технология механической обработки и сборки: сборник научн. трудов. Тула: ТулГУ, 1996. - С. 11-14.

30. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. -М.: Наука, 1973. 830 с.

31. Лашнев С.И. Формообразование зубчатых деталей реечными и червячными инструментами. М.: Машиностроение, 1971.-215 с.

32. Лашнев С.И., Юликов М.И. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ.- М.: Машиностроение, 1980. 206 с.

33. Лашнев С.И., Юликов М.И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ. М.: Машиностроение, 1975.- 391 с.

34. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. -М.: Машиностроение, 1982.- 320 с. с ил.

35. Лукина C.B. и др. Исследование напряженно-деформированного состояния зубьев круглых протяжек численным методом конечных элементов. М.: Вестник машиностроения, 1997. - №3. - С. 22-24.

36. Макаров А.Д. Износ и стойкость режущих инструментов. М.: Машиностроение, 1966.-264 с.

37. Марков А.Л. Измерение зубчатых колес (допуски, методы и средства контроля).- 4-е изд. перераб. и доп.- Л.: Машиностроение, 1977. 280 с. с ил.

38. Маталин A.A. Технология механической обработки .- М.-Л.: Машиностроение, 1977.-462 с.

39. Мельков Ю.П. Исследование процессов чистового зубонареза-ния цилиндрических зубчатых колес после химико-термической обработки. дис. канд. техн. наук. Тула: ТПИ, 1975. - 207 с.

40. Немилов Е.Ф. Справочник по электроэррозионной обработке материалов. Л.: Машиностроение, 1989.-162 с.

41. Общемашиностроительные нормативы режимов резания: Справочник в 2-х томах. Т.1./ А.Д. Локтев, И.Ф. Гущин,

42. В.А. Батуев и др.- М.: Машиностроение, 1991.- 640 с.

43. Прогрессивные методы изготовления цилиндрических зубчатых колес/ И.А. Коганов, Ю.Н. Федоров, E.H. Валиков. М.: Машиностроение, 1981.- 136 с, с ил.

44. Прогрессивные технологические процессы в автостроении: Механическая обработка, сборка/ Под ред. проф. С.М. Сте-пашкина. -М.: Машиностроение, 1980.-320 с.

45. Производство зубчатых колес: Справочник/ С.Н. Калашников, A.C. Калашников, Г.И. Коган и др.-3-е изд. перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1990.- 464 с. с ил.

46. Производство зубчатых колес/ Под ред. Б.А.Тайца.-2-e изд. перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1975.-708 с.

47. Протяжки для обработки отверстий. Д.К. Маргулис, М.М. Тверской, В.Н. Ашихмин и др. М.: Машиностроение, 1986.-232 с. с ил. Астафьев В.А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1979.- 168 с.

48. Прочность. Устойчивость. Колебания: Справочник в 3-х томах. Т.З./ Под ред. Биргера И.А. и Пановко Я.Г. М.: Машиностроение, 1968.-568 с.

49. Пузырев В.А. Разработка и исследование процесса непрерывной копировально-фрезерной обработки фасонных зубчатых профилей. дисс. канд. техн. наук. - Тула: ТПИ, 1969. -312 с.

50. Работников Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. Учебн. Пособие для вузов. 2-е изд., испр. - М.: Наука, 1988. -712 с.

51. Родин П.Р. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов.-3-еизд., перераб. и доп. К.: Вища школа, 1986. - 455 с.

52. Розенберг O.A. Механика взаимодействия инструмента при деформирующем протягивании. Киев: Наукова думка, 1981. 288 с.

53. Романов В.Ф. Расчеты зуборезных инструментов. -М.: Машиностроение, 1969,- 255 с.

54. Семенченко И.И. и др. Проектирование металлорежущих ин-струментов/ И.И. Семенченко, В.М. Матюшин, Г.Н. Сахаров.- М.: Машгиз, 1961.- 154 с.

55. Скиженок В.Ф., Лебедев Н.Ф., Ковзель Н.И. Автоматизация и механизация протяжных работ. М.: Машиностроение, 1974.- 200 с.

56. Смоленцев В.П. Изготовление инструмента непрофильным электродом. М.: Машиностроение, 1967. - 158 с.

57. Справочник инструментальщика. И.А. Ординарцев, Г.В. Филиппов, А.Н. Шевченко и др./ Под общ. ред. И.А. Ординар-цева. Л.: Машиностроение, 1987.-846 с. с ил.

58. Тайц Б.А., Марков H.H. Точность и контроль зубчатых передач. Л.: Машиностроение, 1978.- 137 с.

59. Технология автомобилестроения// Научно-технический реферативный сборник .-М.: НИИАВТОПРОМ, 1979. 2

60. Фатеев Н.К. Технология электроэррозионной обработки. -М.: Машиностроение, 1980.-180 с.

61. Федосьев В.И. Сопротивление материалов: Учебник для втузов.- 9-е изд., перераб. и доп.- М.: Наука, 1986.- 512 с.

62. Харлампиев И.С. Обкатывающее протягивание зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1981. - 215 с.

63. Цвирко Г.Л. Исследование некоторых особенностей процессов чистовой обработки металлов лезвийными инструментами. -Дисс. канд. техн. наук. Тула: ТПИ, 1968. - 168 с. с прил.

64. Щеголев Н.В. Конструирование протяжек. -М.-Л.: Машгиз, 1960.-352 с.

65. Электроэррозионная и электрохимическая обработка. Расчет, проектирование, изготовление и применение электродов-инструментов. 4.1. Электроэррозионная обработка./ Под ред. Лившица А.Л., А. Роша. М.: НИИМАШ, 1980.- 224 с.

66. Электроэррозионная обработка металлов. М.К. Мицкевич, Н.И. Бушик, И.А. Воркута и др./ Под ред. И.Г. Некрашеви-ча.- Минск: Наука и техника, 1988.-216 с.

67. Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измрения. 4-е изд. - М.: Машиностроение, 1975.- 472 с.

68. Ящерицын П.И., Еременко М.Л., Жмалко Н.И. Основы резания металлов и режущий инструмент .-Минск: Вышейшая школа, 1975.- 528 с.и УТВЕРЖДАЮ " Директор гкКнауке и1. Е.А.Дронов 48 1997г.1. АКТиспользования научно-технической разработки

69. В исследовании, выполненном Анисимовой М.А., достаточно убедительно доказано, что таким "кпои-Ьан" является вырезание профиля режущих колец на прецизионных электроискровых проволочных станках, оснащенных современными 9ЧПУ.

70. В рамках эскизного проекта еш разработаны все необходимые аспекты технологического оснащения операции зубопротягивания вплоть до модернизации серийно выпускаемых горизонтально-протяжных станков и полной их автоматизации.

71. Мы считаем, что работу Анисимовой М.А. следует довести до уровня технического проекта и внедрить на наием предприятии.

72. В результате внедрения можно ожидать увеличения производительности от пяти до двадцати раз при достижении 7-8 степени точности по основным показателям.

73. В перспективе комплекс оборудования, инструментальной и технологической оснастки для протягивания наружных венцов зубчатых колес может являться той наукоемкой продукцией, которая может быть реализована как у нас в стране, так и за рубежом.

74. Представители АК"Туламашзавод"1. Главныйй.Соловьев1. Начальник ТОИиН1. В.Н.Ананьев